X регистр

I 1

Второй тип приборов 149] представляет собой матрицу, в которой использованы в качестве полупроводника высокоомный кремний (р =к'10* Ом X

X см) толщиной 200 мкм, а в качестве диэлектрика - слои Si02 - TiOa- Общая толщина слоев диэлектрика 0,4 мкм. На противо-

положные стороны структуры наносят слои

. полупрозрачного никелЯ в виде взаимно пер-

Pl, ! i пендикулярных полос шириной 0,2-0,5 мм с

расстоянием между ними 0,2-0,4 мм. Количество элементов матрицы 20 X 20 (рис. 7.31). Такая матрица ТТП на симметричных структурах полупроводник - диэлектрик при времени накопления 800 мкс обладает чувствительностью около 1 лк (или 0,5 А/Вт на сопротивлении 1 кОм), длительностью импульса опроса 4 мкс и усилением за счет накопления 200. Время опроса всех элементов матрицы и время накопления можно изменять в широких пределах. Структура может быть изготовлена для видимой инфракрасной и ультрафиолетовой областей. Для эТого необходимо выбирать полупроводник с соответствующей шириной запрещенной зоны и концентрацией носителей, меньшей

Рис. 7.30. Схема матричного многоэлементного ТТП на основе МОП-транзисторов

/ 2 Пз а

ц-

*2В -о

Рис. 7,31. Фунциональная схема матричного ТТП:

/.- генератор тактовых импульсов: 2 - коммутатор горизонтальных шин; 3 - ключевые усилители импульсов опроса; 4 - формирователь импульсов ступенчатого изображеиня; 5 - коммутатор вертикальных шнн; 6 - усилитель; 7 - матрица; 8 - видеоконтрольное устройство

lO см~. Например, применяя антимонид индия, можно получить ТТП, работающий в области 3-5 мкм при температуре - 196° С.

Спектральная зависимость чувствительности кремниевых ТТП на симметричных структурах полупроводник - диэлектрик изображена на рис. 7.32. Границы чувствительности 0,4-1,1 мкм; ее максимум лежит в области 1,07 мкм.

ТТП с-зарядовой связью (ПЗС) наиболее перспективны как многоэлементные приемники. Они представляют собой матрицу одинаковых МОП-элементов. Принцип действия ПЗС основан на хранении заряда неосновных носителей в потенциальных ямах, образующихся у поверхности полупровод-

Рис. 7.32. Кривая спектральной чувствительности кремниевых ТТП на симметричных структурах полупроводник-диэлектрик:

/ - фототок деполяризации прн длительности импульсов 200 мкс; 2 - 2000 мкс

60 40

0.4 0,6 0,8 1,ол,мт

ника под действием внешнего электрического поля, и на перемещении этого заряда вдоль поверхности при сдвиге потенциальных ям.

На кремниевой подложке п-типа (рис. 7.33) создают области, покрытые тонким слоем окисла (1000-2000 А), над которыми располагают металлические электроды (затворы) [86]. Для передачи заряда к соседнему элеКтроДу прикладывают напряжение более отрицательное по сравнению с напряжением хранения записи. В результате этого создается более глубокая потенциальная яма под этим электродом и образуется продольное электрическое поле, заставляющее дырки переходить в более глубокую потенциальную яму под соседний электрод. После того, как процесс передачи заканчивается, потен-

л n-Si \2

Рис, 7.33. Структура ПЗС:

/ - инверсный слой, в котором локализованы дырки; 2 - обедненная область

Рис. 7.34. Схема передачи заряда из ПЗС1 в ПЗС2 и его начальное распределение:

/ - электрод ПЗС1; 2 - электрод ПЗС2

циал электрода снижается до напряжения хранения. Схема передачи заряда в ПЗС показана на рис. 7.34.

При создании ТТП на ПЗС используют три типа считывания картины зарядовых пакетов: кадровая, строчная и адресная.

ТТП с кадровой системой состоит из трех секций: приемной (ПЗС), секции хранения того же формата и секции считывания (сдвиговые регистры на ПЗС и выходные считывающие элементы, преобразующие зарядовые пакеты в видеосигналы). Заряды, накопленные в пр-немной секции, после окончания кадра сдвигаются в секцию хранения. Из секции хранения информация передается в выходной сдвиговый регистр, откуда она поэлементно поступает на,

выходной считываемый элемент. Достоинства кадровой системы сканирования - высокое качество изображения и возможность черезстрочной развертки. Недостатки - увеличение общего числа элементов вдвое (ввиду наличия дополнительной секции хранения) и сильное влияние дефектов кристалла' на качество изображения, так как неисправность одного элемента ПЗС вызывает потерю информации от всего столбца.

Модификацией кадровой системы является такая, в которой приемная секция и секция хранения как бы внедрены друг в друга. В такой матрице ТТП между столбцами расположены светозащищенные ПЗС-элементы памяти. Заряды, накопленные в приемных элементах, сдвигаются в прилегающие к ним затемненные столбцы и хранятся в них. Достоинством такой системы является уменьщение количества переносов.

При строчной системе матрица содержит приемную секцию и выходной сдвиговый регистр. Накопленные за счет облучения зарядовые пакеты (согласно подаваемым тактовым импульсам) строками переходят в выходной регистр, из которого они передаются на выходное устройство. При такой системе не требуется секции хранения, что вдвое сокращает число ПЗС-элементов. Недостаток заключается в том, что зарядовые пакеты, поступающие в сдвиговый регистр с различных строк, проходят различное количество разрядов выходного регистра, поэтому задержка видеосигналов на выходе зависит от номера считываемой строки, а также в том, что пакеты строк передаются светочувствительными элементами, которые вносят искажения в передаваемую информацию. Влияние дефектов сохраняется как при кадровой системе.

В адресной системе ТТП возможны дефекты отдельных элементов матрицы, в ней нет потерь зарядового пакета и его искажений, так как считывание любого элемента происходит за один перенос. При неисправности одного элемента такой матрицы на воспроизводимом изображении появится только точка, а не полоса, как при других системах реализации ТТП. Недостатки этой системы - малый динамический диапазон, наличие мощных сдвиговых регистров, занимающих больщую площадь кристалла, меньшая степень интеграции и увеличенные размеры самого элемента ПЗС.

Разработано несколько видов телевизионных камер на ПЗС и линейных формирователей видеосигналов. В одном из них использован линейный формирователь видеосигналов на 512 элементах разложения. Прибор сформирован^ на кристалле и-кремния размером 19 X 2,5 мм, который помещен в корпус с прозрачным оптическим окном. На кристалле сформированы: фотоприемное устройство на 512 элементах, два защищенных сдвиговых регистра по 256 бит каждый, выходной МОП-транзисторный преобразователь и дифференциальный усилитель. Размер элемента приемного устройства 30 X 30 мкм. Для данных приборов значения коэффициента эффективности передачи заряда находятся в пределах 0,9993-0,995, значения темпового тока - 8 - 15 нА X , X см ?. При использовании дифференциального усилителя с коэффициентом подавления синфазной помехи 17 дБ отношение сигнал/шум составляет 28 дБ.

Разработанный в СССР ТТП на ПЗС с кадровой организацией матрицы, состоит из трех секций: приемной секции накопления, секции памяти емкостью 102 X 64 элемента каждая и выходной секции, состоящей из двух сдвиговых регистров на-ПЗС емкостью 102 элемента каждый. Для устранения тактовых помех на выходе применено дифференциальное устройство, состоящее из двух сдвиговых регистров, выводы которых подключены к интегральному дифференциальному усилителю 2УС656. ТТП имеет следующие параметры: число элементов разложения 128 X 102, уровень экспозиции 10 лк, длина волны, соответствующая- максимуму чувствительности, 0,555 мкм, динамический диапазон 10 : 1, частота кадров 52,5 Гц, частота строк 3,9 кГц, емкость нагрузки 10 пФ, отношение сигнал/шум при минимальной освещенности 10.

Параметры матричного ТТП: размер кристалла 4,5 X 55 мм, степень интеграции 39000 элементов, плотность упаковки 4 10- см-, размеры секции накопления 30 X 36 мкм, секции хранения 30 X 30 мкм, выходного регистра 30 X 40 мкм, величина зазора 2 мкм, удельное сопротивление подложки 20 Ом см, плотность поверхностных состояний 3 10* см-, число выводов